JP5040700B2 - 撮像素子および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像素子、およびそれに関連する技術に関する。

位相差検出方式の焦点検出に用いる測距信号を、撮像素子（固体撮像素子）に組み込まれた光電変換セルから取得する技術が存在する。

例えば、特許文献１に記載の撮像素子においては、受光素子および当該受光素子の入射側に配置されたマイクロレンズを有する光電変換セルが複数設けられている。また、複数の光電変換セルには、撮像用の光電変換セルと位相差検出用の光電変換セルとが含まれ、両種類の光電変換セルがいずれも同一の平面内に配置されている。

位相差検出用の光電変換セルには、射出瞳を瞳分割可能な対となる２種類の光電変換セルが存在し、当該２種類の光電変換セルそれぞれからは、互いに異なる瞳領域を経た被写体像に関する画素出力が取得されるようになっている。

そして、測距の際には、２種類の光電変換セルそれぞれによって取得される２つの画素出力が比較され、焦点検出が行われる。

特開２０００−１５６８２３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、測距の際に撮像素子の撮像面に形成される像のぼけが大きい場合、すなわちデフォーカス量が大きい場合、位相差検出用の各光電変換セル間の画素出力の差が小さくなる。このような場合は、画素出力における特徴部分が少なくなるため、２つの画素出力を比較して行う焦点検出を実行することが困難になる。

そこで、本発明は、撮像素子に組み込まれた位相差検出用の光電変換セルを用いた焦点検出の実行可能性を向上させることを目的とする。

本発明の第１の側面は、瞳分割により射出瞳に形成される一対の領域を第１領域および第２領域とし、上記第１領域を通過した被写体光の第１光路が、上記第２領域を通過した被写体光の第２光路に対して上記第１領域側に存在する光軸方向における位置であってマイクロレンズおよび受光素子間における位置である第１位置において上記第１領域側を遮光し、上記第２領域側を透光する第１遮光層と、上記第１光路が上記第２光路に対して上記第２領域側に存在する光軸方向における位置であって上記第１遮光層および上記受光素子間における位置である第２位置において上記第２領域側を遮光し、上記第１領域側を透光する第２遮光層とを用いて上記瞳分割を行い、上記第２領域を通過した被写体光を受光する第１光電変換セルと、上記第１位置において上記第２領域側を遮光し、上記第１領域側を透光する第３遮光層と、上記第２位置において上記第１領域側を遮光し、上記第２領域側を透光する第４遮光層とを用いて上記瞳分割を行い、上記第１領域を通過した被写体光を受光する第２光電変換セルとを具備し、上記第１遮光層および上記第２遮光層により規定される上記第２領域の大きさは上記射出瞳全域の半分よりも小さいとともに、上記第３遮光層および上記第４遮光層により規定される上記第１領域の大きさは上記射出瞳全域の半分よりも小さい撮像素子である。
また、この第１の側面において、上記第１光電変換セルは、上記第１遮光層の上記第１領域側における遮光領域の透光領域側の縁の位置である第1縁位置と上記第２遮光層の上記第２領域側における遮光領域の透光領域側の縁の位置である第２縁位置との間の位置関係に基づいて上記第２領域における上記射出瞳の中心側の縁が設定され、上記第２光電変換セルは、上記第３遮光層の上記第２領域側における遮光領域の透光領域側の縁の位置である第３縁位置と上記第４遮光層の上記第１領域側における遮光領域側の縁の位置である第４縁位置との間の位置関係に基づいて上記第１領域における上記射出瞳の中心側の縁が設定されるようにしてもよい。
また、この第１の側面において、上記第１光電変換セルは、上記射出瞳の上記第２領域側の半分の領域を前記第２領域に相当する領域と仮定した場合における上記第１縁位置に相当する位置よりも上記第２領域側にずれた位置が上記第1縁位置となる上記第１遮光層と、上記射出瞳の上記第２領域側の半分の領域を前記第２領域に相当する領域と仮定した場合における上記第２縁位置に相当する位置よりも上記第１領域側にずれた位置が上記第２縁位置となる上記第２遮光層とのうちの少なくとも１つを用いて上記瞳分割を行い、上記第２光電変換セルは、上記射出瞳の上記第１領域側の半分の領域を前記第１領域に相当する領域と仮定とした場合における上記第３縁位置に相当する位置よりも上記第１領域側にずれた位置が上記第３縁位置となる上記第３遮光層と、上記射出瞳の上記第１領域側の半分の領域を前記第１領域に相当する領域と仮定とした場合における上記第４縁位置に相当する位置よりも上記第２領域側にずれた位置が上記第４縁位置となる上記第４遮光層とのうちの少なくとも１つを用いて上記瞳分割を行うようにしてもよい。
また、この第１の側面において、上記第1縁位置の上記第２領域側へのずれ量と同じ量だけ上記第１領域側へずれた位置が上記第３縁位置となり、上記第２縁位置の上記第１領域側へのずれ量と同じ量だけ上記第２領域側へずれた位置が上記第４縁位置となるようにしてもよい。
また、この第１の側面において、上記第１光電変換セルは、上記第１遮光層の上記第２領域側における遮光領域の透光領域側の縁と上記第２遮光層の上記第１領域側における遮光領域の透光領域側の縁との間の位置関係に基づいて上記第２領域における上記射出瞳の縁側の縁が設定され、上記第２光電変換セルは、上記第３遮光層の上記第１領域側における遮光領域の透光領域側の縁と上記第４遮光層の上記第２領域側における遮光領域の透光領域側の縁との間の位置関係に基づいて上記第１領域における上記射出瞳の縁側の縁が設定されるようにしてもよい。

また、本発明の第２の側面は、瞳分割により射出瞳に形成される一対の領域を第１領域および第２領域とし、上記第１領域を通過した被写体光の第１光路が、上記第２領域を通過した被写体光の第２光路に対して上記第１領域側に存在する光軸方向における位置であってマイクロレンズおよび受光素子間における位置である第１位置において上記第１領域側を遮光し、上記第２領域側を透光する第１遮光層と、上記第１光路が上記第２光路に対して上記第２領域側に存在する光軸方向における位置であって上記第１遮光層および上記受光素子間における位置である第２位置において上記第２領域側を遮光し、上記第１領域側を透光する第２遮光層とを用いて上記瞳分割を行い、上記第２領域を通過した被写体光を受光する第１光電変換セルと、上記第１位置において上記第２領域側を遮光し、上記第１領域側を透光する第３遮光層と、上記第２位置において上記第１領域側を遮光し、上記第２領域側を透光する第４遮光層とを用いて上記瞳分割を行い、上記第１領域を通過した被写体光を受光する第２光電変換セルとを具備し、上記第１遮光層および上記第２遮光層により規定される上記第２領域の大きさは上記射出瞳全域の半分よりも小さいとともに、上記第３遮光層および上記第４遮光層により規定される上記第１領域の大きさは上記射出瞳全域の半分よりも小さい撮像素子と、上記第１光電変換セルおよび上記第２光電変換セルのそれぞれが生成した信号に基づいて焦点検出を行う焦点検出部と、を具備する撮像装置である。

本発明によれば、撮像素子に組み込まれた位相差検出用の光電変換セルを用いた焦点検出の実行可能性を向上させることができる。

＜実施形態＞
＜撮像装置１の外観構成＞
図１および図２は、本発明の実施形態に係る撮像装置１の外観構成を示す図である。ここで、図１および図２は、それぞれ正面図および背面図を示している。

撮像装置１は、例えば一眼レフレックスタイプのデジタルスチルカメラとして構成されており、カメラボディ１０と、カメラボディ１０に着脱自在な撮影レンズとしての交換レンズ２とを備えている。

具体的には、図１に示されるように、カメラボディ１０の正面側には、正面略中央に交換レンズ２が装着されるマウント部３０１と、マウント部３０１の右横に配置されたレンズ交換ボタン３０２と、把持可能とするためのグリップ部３０３と、正面左上部に配置されたモード設定ダイアル３０５と、正面右上部に配置された制御値設定ダイアル３０６と、グリップ部３０３の上面に配置されたシャッターボタン（レリーズボタン）３０７とが設けられている。

交換レンズ２は、被写体からの光（被写体光）を取り込むレンズ窓として機能するとともに、当該被写体光をカメラボディ１０の内部に配置されている撮像素子１０１に導くための撮影光学系として機能する。

より詳細には、交換レンズ２は、光軸ＬＴに沿って直列的に配置された複数のレンズからなるレンズ群２１を備えている(図５参照)。このレンズ群２１には、焦点の調節を行うためのフォーカスレンズ２１１(図５)と、変倍を行うためのズームレンズ２１２(図５)とが含まれており、それぞれ光軸ＬＴ方向に駆動されることで、焦点調節または変倍が行われる。また、交換レンズ２には、その鏡胴の外周適所に当該鏡胴の外周面に沿って回転可能な操作環が備えられており、上記のズームレンズ２１２は、マニュアル操作或いはオート操作により、上記操作環の回転方向および回転量に応じて光軸ＬＴ方向に移動し、その移動先の位置に応じたズーム倍率(撮影倍率)に設定されるようになっている。

マウント部３０１には、装着された交換レンズ２との電気的接続を行うためコネクタＥｃ(図５参照)、および機械的接続を行うためのカプラ７５(図５)が設けられている。

レンズ交換ボタン３０２は、マウント部３０１に装着された交換レンズ２を取り外す際に押下されるボタンである。

グリップ部３０３は、撮影者（ユーザ）が撮影時に撮像装置１を把持する部分であり、グリップ部３０３の表面には、フィッティング性を高めるために指の形状に合わせた凹凸が設けられている。なお、グリップ部３０３の内部には電池収納室およびカード収納室(不図示)が設けられている。電池収納室には撮像装置１の電源として電池６９Ｂ(図５参照)が収納されており、カード収納室には撮影画像の画像データを記録するためのメモリカード６７(図５)が着脱可能に収納されるようになっている。なお、グリップ部３０３には、当該グリップ部３０３をユーザが把持したか否かを検出するためのグリップセンサを設けるようにしても良い。

モード設定ダイアル３０５および制御値設定ダイアル３０６は、カメラボディ１０の上面と略平行な面内で回転可能な略円盤状の部材からなる。モード設定ダイアル３０５は、撮像装置１に搭載された各種モード（各種撮影モード（人物撮影モード、風景撮影モードおよびフルオート撮影モード等）、撮影した画像を再生する再生モードおよび外部機器との間でデータ交信を行う通信モード等）の選択を行うためのものである。一方、制御値設定ダイアル３０６は、撮像装置１に搭載された各種の機能に対する制御値を設定するためのものである。

シャッターボタン３０７は、途中まで押し込んだ「半押し状態」と、さらに押し込んだ「全押し状態」とを検出可能な押下スイッチである。撮影モードにおいてシャッターボタン３０７が半押し（Ｓ１）されると、被写体の静止画を撮影するための準備動作（露出制御値の設定および焦点検出等の準備動作）が実行され、シャッターボタン３０７が全押し（Ｓ２）されると、撮影動作（撮像素子１０１(図４参照)を露光し、その露光によって得られた画像信号に所定の画像処理を施してメモリカード６７等に記録する一連の動作）が実行される。

また、図２に示されるように、カメラボディ１０の背面側には、表示部として機能するＬＣＤ（Liquid Crystal Display）３１１と、ＬＣＤ３１１の上方に配設されたファインダ窓３１６と、ファインダ窓３１６の周囲を囲むアイカップ３２１と、ファインダ窓３１６の左方に配設されたメインスイッチ３１７と、ファインダ窓３１６の右方に配設された露出補正ボタン３２３およびＡＥロックボタン３２４と、ファインダ窓３１６の上方に配設されたフラッシュ部３１８および接続端子部３１９とが備えられている。また、カメラボディ１０の背面側には、ＬＣＤ３１１の左方に配置された設定ボタン群３１２と、ＬＣＤ３１１の右方に配置された方向選択キー３１４と、方向選択キー３１４の中央に配置されたプッシュボタン３１５と、方向選択キー３１４の右下方に配置された表示切替スイッチ８５とが備えられている。

ＬＣＤ３１１は、画像表示が可能なカラー液晶パネルを備えており、撮像素子１０１(図３参照)により撮像された画像の表示または記録済みの画像の再生表示等を行うとともに、撮像装置１に搭載される機能またはモードの設定画面を表示するものである。なお、ＬＣＤ３１１に代えて、有機ＥＬ表示装置またはプラズマ表示装置を用いるようにしてもよい。

ファインダ窓（接眼窓）３１６は、光学ファインダ（ＯＶＦ）を構成し、ファインダ窓３１６には、交換レンズ２を通過した被写体像を形成する光（被写体光）が導かれている。ユーザは、このファインダ窓３１６を覗くことによって、実際に撮像素子１０１にて撮影される被写体像を視認することができる。

メインスイッチ３１７は、左右にスライドする２接点のスライドスイッチからなり、左にセットすると撮像装置１の電源がオンされ、右にセットすると電源がオフされる。

フラッシュ部３１８は、ポップアップ式の内蔵フラッシュとして構成されている。一方、外部フラッシュ等をカメラボディ１０に取り付ける場合には、接続端子部３１９を使用して接続する。

アイカップ３２１は、ファインダ窓３１６への外光の侵入を抑制する遮光部材として機能する。

露出補正ボタン３２３は、露出値（絞り値およびシャッタースピード）を手動で調整するためのボタンであり、ＡＥロックボタン３２４は、露出を固定するためのボタンである。

設定ボタン群３１２は、撮像装置１に搭載された各種の機能に対する操作を行うボタンである。この設定ボタン群３１２には、例えばメニュー画面をＬＣＤ３１１に表示させるメニューボタン、メニュー画面の内容を切り替えるメニュー切替ボタンなどが含まれる。

方向選択キー３１４は、円周方向に一定間隔で配置された複数の押圧部（図中の三角印の部分）を備える環状の部材を有し、各押圧部に対応して備えられた図示省略の接点（スイッチ）により押圧部の押圧操作が検出されるように構成されている。また、プッシュボタン３１５は、方向選択キー３１４の中央に配置されている。方向選択キー３１４およびプッシュボタン３１５は、撮影倍率の変更（ズームレンズ２１２(図５参照)のワイド方向またはテレ方向への移動）、ＬＣＤ３１１等に再生する記録画像のコマ送り、および撮影条件（絞り値、シャッタースピード、フラッシュ発光の有無等）の設定等の指示を入力するためのものである。

表示切替スイッチ８５は、２点のスライドスイッチからなり、接点を上段の「光学」位置に設定すると光学ファインダモード（「ＯＶＦモード」とも称する）が選択され、光学ファインダ視野内に被写体像が表示される。これにより、ユーザは、ファインダ窓３１６を介して光学ファインダ視野内に表示される被写体像を視認して、構図決め操作（フレーミング）を行うことが可能になる。

一方、表示切替スイッチ８５の接点を下段の「モニタ」位置に設定すると電子ファインダモード（「ＥＶＦモード」または「ライブビューモード」とも称する）が選択され、ＬＣＤ３１１において被写体像に係るライブビュー画像が動画的態様にて表示される。これにより、ユーザは、ＬＣＤ３１１に表示されるライブビュー画像を視認して、フレーミングを行うことが可能になる。

このように、ユーザは、表示切替スイッチ８５の操作によって、ファインダモードを切り替えることが可能であり、撮像装置１では、ライブビュー表示が行われる電子ファインダ、或いは光学ファインダを用いて被写体の構図決めを行うことが可能である。

＜撮像装置１の内部構成＞
次に、撮像装置１の内部構成について説明する。図３および図４は、撮像装置１の縦断面図である。図３に示すように、カメラボディ１０の内部には、撮像素子１０１、ファインダ部１０２（ファインダ光学系）、ミラー部１０３、位相差ＡＦモジュール（単に「ＡＦモジュール」とも称する）１０７等が備えられている。

撮像素子１０１は、カメラボディ１０に交換レンズ２が装着された場合の当該交換レンズ２の光軸ＬＴ上において、光軸ＬＴに対して垂直に配置されている。撮像素子１０１としては、例えばフォトダイオードを有して構成される複数の画素がマトリクス状に２次元配置されたＣＭＯＳカラーエリアセンサ（ＣＭＯＳ型の撮像素子）が用いられる。撮像素子１０１は、交換レンズ２を通って結像された被写体像に関するＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）各色成分のアナログの電気信号（画像信号）を生成し、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の画像信号として出力する。

また、撮像素子１０１は、その撮像面１０１ｆにおいて位相差検出用の画素を有している。詳細は、後述する。

上記の光軸ＬＴ上において、被写体光をファインダ部１０２へ向けて反射される位置には、ミラー部１０３が配置されている。交換レンズ２を通過した被写体光は、ミラー部１０３（後述の主ミラー１０３１）によって上方へ反射されるとともに、被写体光の一部はこのミラー部１０３を透過する。

ファインダ部１０２は、ペンタプリズム１０５、接眼レンズ１０６およびファインダ窓３１６を備えている。ペンタプリズム１０５は、断面５角形を呈し、その下面から入射された被写体像を内部での反射によって当該光像の天地左右を入れ替えて正立像にするためのプリズムである。接眼レンズ１０６は、ペンタプリズム１０５により正立像にされた被写体像をファインダ窓３１６の外側に導く。このような構成により、ファインダ部１０２は、本撮影前の撮影待機時において被写界を確認するための光学ファインダとして機能する。

ミラー部１０３は、主ミラー１０３１およびサブミラー１０３２から構成されており、主ミラー１０３１の背面側において、サブミラー１０３２が主ミラー１０３１の背面に向けて倒れるように回動可能に設けられている。主ミラー１０３１を透過した被写体光の一部はサブミラー１０３２によって反射され、この反射された被写体光はＡＦモジュール１０７に入射される。

上記のミラー部１０３は、所謂クイックリターンミラーとして構成されており、例えば露光時(本撮影時)には（図４参照）、回転軸１０３３を支点として上方に向けて跳ね上がり、被写体光の光路から退避した状態（ミラーアップ状態）となる。この際、サブミラー１０３２は、上記のミラー部１０３がペンタプリズム１０５の下方位置で停止したときには、主ミラー１０３１と略平行となるように折り畳まれた状態となる。これにより、交換レンズ２からの被写体光がミラー部１０３によって遮られることなく撮像素子１０１上に届き、該撮影素子１０１が露光される。撮像素子１０１での撮像動作が終了すると、ミラー部１０３は元の位置（図３に示す位置）に復帰し、ミラーダウン状態となる。

また、ミラー部１０３を本撮影(画像記録用の撮影)の前にミラーアップ状態にすることにより、撮像装置１は、撮像素子１０１で順次に生成される画像信号に基づき、動画的態様にて被写体をＬＣＤ３１１に表示させるライブビュー(プレビュー)表示が可能となる。

ＡＦモジュール１０７は、被写体のピント情報を検出するラインセンサ等からなる所謂ＡＦセンサとして構成されている。このＡＦモジュール１０７は、ミラー部１０３の底部に配設されており、被写体像の合焦度合いに応じた位相差検出信号を発生させる位相差検出機能を有している。すなわち、撮影待機時においてユーザがファインダ窓３１６で被写体を確認する場合には、図３に示すように主ミラー１０３１およびサブミラー１０３２がダウンされた状態でＡＦモジュール１０７に被写体光が導かれるとともに、ＡＦモジュール１０７から位相差検出信号が出力される。

撮像素子１０１の撮像面側には、シャッターユニット４０が配置されている。このシャッターユニット４０は、上下方向に移動する幕体を備え、光軸ＬＴに沿って撮像素子１０１に導かれる被写体光の光路開口動作および光路遮断動作を行うメカニカルフォーカルプレーンシャッターとして構成されている。なお、シャッターユニット４０は、撮像素子１０１が完全電子シャッター可能な撮像素子である場合には省略可能である。

＜撮像装置１の電気的構成＞
図５は、撮像装置１の電気的な構成を示すブロック図である。ここで、図１〜図４と同一の部材等については、同一の符号を付している。なお、説明の便宜上、交換レンズ２の電気的構成について先ず説明する。

交換レンズ２は、上述した撮影光学系を構成するレンズ群２１に加え、レンズ駆動機構２４と、レンズ位置検出部２５と、レンズ制御部２６と、絞り駆動機構２７とを備えている。

レンズ群２１では、フォーカスレンズ２１１およびズームレンズ２１２と、撮像素子１０１へ入射される光量を調節するための絞り２３とが、鏡胴内において光軸ＬＴ方向に保持されており、レンズ群２１によって取り込まれた被写体光が撮像素子１０１に結像される。自動合焦（ＡＦ）制御では、フォーカスレンズ２１１が交換レンズ２内のＡＦアクチュエータ７１Ｍにより光軸ＬＴ方向に駆動されることで焦点調節が行われる。

フォーカス駆動制御部７１Ａは、レンズ制御部２６を介して全体制御部６２から与えられるＡＦ制御信号に基づき、フォーカスレンズ２１１を合焦位置に移動させるために必要な駆動制御信号を生成し、当該駆動制御信号を用いてＡＦアクチュエータ７１Ｍを制御する。ＡＦアクチュエータ７１Ｍは、ステッピングモータ等からなり、レンズ駆動機構２４にレンズ駆動力を与える。

レンズ駆動機構２４は、例えばヘリコイドおよび該ヘリコイドを回転させる図示省略のギア等で構成され、ＡＦアクチュエータ７１Ｍからの駆動力を受けて、フォーカスレンズ２１１等を光軸ＬＴと平行な方向に駆動させるものである。なお、フォーカスレンズ２１１の移動方向および移動量は、それぞれＡＦアクチュエータ７１Ｍの回転方向および回転数に従う。

レンズ位置検出部２５は、レンズ群２１の移動範囲内において光軸ＬＴ方向に複数個のコードパターンが所定ピッチで形成されたエンコード板と、このエンコード板に摺接しながらレンズと一体的に移動するエンコーダブラシとを備えており、レンズ群２１の焦点調節時の移動量を検出する。なお、レンズ位置検出部２５で検出されたレンズ位置は、例えばパルス数として出力される。

レンズ制御部２６は、例えば制御プログラムを記憶するＲＯＭまたは状態情報に関するデータを記憶するフラッシュメモリ等のメモリが内蔵されたマイクロコンピュータからなっている。

また、レンズ制御部２６は、コネクタＥｃを介してカメラボディ１０の全体制御部６２との間で通信を行う通信機能を有している。これにより、例えばレンズ群２１の焦点距離、絞り値、合焦距離または周辺光量状態等の状態情報データ、およびレンズ位置検出部２５で検出されるフォーカスレンズ２１１の位置情報を全体制御部６２に送信できるとともに、全体制御部６２から例えばフォーカスレンズ２１１の駆動量のデータを受信できる。

絞り駆動機構２７は、カプラ７５を介して絞り駆動アクチュエータ７６Ｍからの駆動力を受けて、絞り２３の絞り径を変更するものである。

続いて、カメラボディ１０の電気的構成について説明する。カメラボディ１０は、上述の撮像素子１０１、シャッターユニット４０等の他に、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）５、画像処理部６１、画像メモリ６１４、全体制御部６２、フラッシュ回路６３、操作部６４、ＶＲＡＭ６５、カードＩ／Ｆ６６、メモリカード６７、通信用Ｉ／Ｆ６８、電源回路６９、電池６９Ｂ、ミラー駆動制御部７２Ａ、シャッター駆動制御部７３Ａ、および絞り駆動制御部７６Ａを備えている。

撮像素子１０１は、先に説明した通りＣＭＯＳカラーエリアセンサからなり、後述のタイミング制御回路５１により、当該撮像素子１０１の露光動作の開始（および終了）、撮像素子１０１が備える各画素の出力選択、および画素信号の読出し等の撮像動作が制御される。

ＡＦＥ５は、撮像素子１０１に対して所定の動作を行わせるタイミングパルスを与えるとともに、撮像素子１０１から出力される画像信号に所定の信号処理を施し、デジタル信号に変換して画像処理部６１に出力する機能を有している。このＡＦＥ５は、タイミング制御回路５１、信号処理部５２およびＡ／Ｄ変換部５３などを備えて構成されている。

タイミング制御回路５１は、全体制御部６２から出力される基準クロックに基づいて所定のタイミングパルス（垂直走査パルスφＶｎ、水平走査パルスφＶｍ、リセット信号φＶｒ等を発生させるパルス）を生成して撮像素子１０１に出力し、撮像素子１０１の撮像動作を制御する。また、所定のタイミングパルスを信号処理部５２およびＡ／Ｄ変換部５３にそれぞれ出力することにより、信号処理部５２およびＡ／Ｄ変換部５３の動作を制御する。

信号処理部５２は、撮像素子１０１から出力されるアナログの画像信号に所定のアナログ信号処理を施すものである。この信号処理部５２には、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路、ＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路およびクランプ回路等が備えられている。Ａ／Ｄ変換部５３は、信号処理部５２から出力されたアナログのＲ、Ｇ、Ｂの画像信号を、タイミング制御回路５１から出力されるタイミングパルスに基づいて、複数のビット（例えば１２ビット）からなるデジタルの画像信号に変換するものである。

画像処理部６１は、ＡＦＥ５から出力される画像データに所定の信号処理を行って画像ファイルを作成するもので、黒レベル補正回路６１１、ホワイトバランス制御回路６１２およびガンマ補正回路６１３等を備えて構成されている。なお、画像処理部６１へ取り込まれた画像データは、撮像素子１０１の読み出しに同期して画像メモリ６１４に一旦書き込まれ、以後この画像メモリ６１４に書き込まれた画像データにアクセスして、画像処理部６１の各ブロックにおいて処理が行われる。

黒レベル補正回路６１１は、Ａ／Ｄ変換部５３によりＡ／Ｄ変換されたＲ、Ｇ、Ｂの各デジタル画像信号の黒レベルを、基準の黒レベルに補正するものである。

ホワイトバランス制御回路６１２は、光源に応じた白の基準に基づいて、Ｒ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)各色成分のデジタル信号のレベル変換（ホワイトバランス(ＷＢ)調整）を行う。具体的には、ホワイトバランス制御回路６１２は、全体制御部６２から与えられるＷＢ調整データに基づき、輝度または彩度データ等から撮影被写体において本来白色であると推定される部分を特定し、その部分のＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの色成分の平均と、Ｇ／Ｒ比およびＧ／Ｂ比とを求め、これをＲ、Ｂの補正ゲインとしてレベル補正する。

ガンマ補正回路６１３は、ＷＢ調整された画像データの階調特性を補正するものである。具体的には、ガンマ補正回路６１３は、予め設定されたガンマ補正用テーブルを用いて、画像データのレベルを色成分毎に非線形変換するとともにオフセット調整を行う。

画像メモリ６１４は、撮影モード時には、画像処理部６１から出力される画像データを一時的に記憶するとともに、この画像データに対し全体制御部６２により所定の処理を行うための作業領域として用いられるメモリである。また、再生モード時には、メモリカード６７から読み出した画像データを一時的に記憶する。

全体制御部６２は、マイクロコンピュータとして構成され、主にＣＰＵ、ＲＡＭ６２１、およびＲＯＭ６２２等を備える。全体制御部６２は、ＲＯＭ６２２内に格納されるプログラムを読み出し、当該プログラムをＣＰＵで実行することによって、撮像装置１の各種機能を実現する。

全体制御部６２は、上述のプログラムの実行によって、表示制御部６２Ａ、位相差ＡＦ制御部６２ＢおよびコントラストＡＦ制御部６２Ｃを機能的に実現する。

表示制御部６２Ａは、ＬＣＤ３１１における表示内容を制御する。例えば、表示制御部６２Ａは、撮像素子１０１によって連続的に取得される複数の画像のそれぞれをライブビュー画像としてＬＣＤ３１１に順次に表示させる。

また、表示制御部６２Ａは、ＡＦ動作に用いられる焦点情報を取得する領域（「ＡＦエリア」、「測距エリア」または「フォーカスエリア」とも称する）Ｅｆ（図６参照）をライブビュー画像に合成して重畳表示させる。

位相差ＡＦ制御部６２Ｂは、位相差検出方式により合焦位置検出を行い自動合焦動作を実行する。具体的には、位相差ＡＦ制御部６２Ｂは、ＡＦモジュール１０７によって取得される位相差検出信号または位相差ＡＦ演算回路７７（後述）からの出力信号に基づいて、合焦時の撮影レンズ（より詳細にはフォーカスレンズ）の位置（合焦レンズ位置）を特定する合焦レンズ位置特定動作を行う。

コントラストＡＦ制御部６２Ｃは、コントラスト検出方式により合焦位置検出を行い自動合焦動作（「コントラストＡＦ動作」とも称する）を実行する。具体的には、コントラストＡＦ制御部６２Ｃは、異なるレンズ位置それぞれで取得される複数の撮影画像について被写体像のコントラストに応じた評価値をそれぞれ求める評価値算出動作と、当該評価値を最適化（例えば最小化）するレンズ位置を合焦レンズ位置として特定する合焦レンズ位置特定動作とを実行する。

フラッシュ回路６３は、フラッシュ撮影モードにおいて、フラッシュ部３１８または接続端子部３１９に接続される外部フラッシュの発光量を、全体制御部６２により設定された発光量に制御するものである。

操作部６４は、上述のモード設定ダイアル３０５、制御値設定ダイアル３０６、シャッターボタン３０７、設定ボタン群３１２、方向選択キー３１４、プッシュボタン３１５、およびメインスイッチ３１７等を含み、操作情報を全体制御部６２に入力するためのものである。

ＶＲＡＭ６５は、ＬＣＤ３１１の画素数に対応した画像信号の記憶容量を有し、全体制御部６２とＬＣＤ３１１との間のバッファメモリである。カードＩ／Ｆ６６は、メモリカード６７と全体制御部６２との間で信号の送受信を可能とするためのインターフェースである。メモリカード６７は、全体制御部６２で生成された画像データを保存する記録媒体である。通信用Ｉ／Ｆ６８は、パーソナルコンピュータまたはその他の外部機器に対する画像データ等の伝送を可能とするためのインターフェースである。

電源回路６９は、例えば定電圧回路等からなり、全体制御部６２等の制御部、撮像素子１０１、その他の各種駆動部等、撮像装置１全体を駆動させるための電圧を生成する。なお、撮像素子１０１への通電制御は、全体制御部６２から電源回路６９に与えられる制御信号により行われる。電池６９Ｂは、アルカリ乾電池等の一次電池、またはニッケル水素充電池等の二次電池からなり、撮像装置１全体に電力を供給する電源である。

ミラー駆動制御部７２Ａは、ファインダモードの切り替え或いは撮影動作のタイミングに合わせて、ミラー駆動アクチュエータ７２Ｍを駆動させる駆動信号を生成するものである。ミラー駆動アクチュエータ７２Ｍは、ミラー部１０３（クイックリターンミラー）を、水平姿勢若しくは傾斜姿勢に回動させるアクチュエータである。

シャッター駆動制御部７３Ａは、全体制御部６２から与えられる制御信号に基づき、シャッター駆動アクチュエータ７３Ｍに対する駆動制御信号を生成するものである。シャッター駆動アクチュエータ７３Ｍは、シャッターユニット４０の開閉駆動を行うアクチュエータである。

絞り駆動制御部７６Ａは、全体制御部６２から与えられる制御信号に基づき、絞り駆動アクチュエータ７６Ｍに対する駆動制御信号を生成するものである。絞り駆動アクチュエータ７６Ｍは、カプラ７５を介して絞り駆動機構２７に駆動力を与える。

また、カメラボディ１０は、黒レベル補正回路６１１から出力される黒レベル補正済みの画像データに基づき、オートフォーカス(ＡＦ)制御時に必要な演算を行う位相差ＡＦ演算回路７７を備えている。

以下では、この位相差ＡＦ演算回路７７からの出力信号を利用した位相差検出方式の焦点検出動作について詳述する。

＜撮像素子１０１による位相差ＡＦについて＞
撮像装置１では、交換レンズ２における射出瞳（撮影光学系の射出瞳）ＥＹのうち、互いに異なる部分を有する領域（以下では、「部分瞳領域」とも称する）から出射された（を通過した）光（被写体光）を撮像素子１０１において受光することにより位相差検出方式の焦点検出が可能な構成となっている。以下では、まず、この撮像素子１０１の構成と、この撮像素子１０１を利用した焦点検出の原理とを説明する。図６および図７は、撮像素子１０１の構成を説明するための図である。図８は、対となる、位相差ＡＦを行うための画素(以下では「ＡＦ画素」または「光電変換セル」とも称する)１１ｆの縦断面図である。

図６に示されるように、撮像素子１０１は、その撮像面１０１ｆにおいてマトリックス状に規定されたＡＦエリアＥｆを有し、ＡＦエリアＥｆごとに位相差検出方式の焦点検出が可能な構成となっている。

図７に示されるように、各ＡＦエリアＥｆには、フォトダイオード上にＲ(赤)、Ｇ(緑)およびＢ(青)の各カラーフィルタが配設されたＲ画素１１１、Ｇ画素１１２およびＢ画素１１３からなる通常の画素(以下では「通常画素」または「撮像画素」とも称する)１１０が設けられるとともに、位相差ＡＦを行うための画素(ＡＦ画素)１１ｆが設けられている。

そして、ＡＦエリアＥｆには、通常画素の水平ラインとしてＧ画素１１２とＲ画素１１１とが水平方向に交互に配置されたＧｒラインＬ１と、Ｂ画素１１３とＧ画素１１２とが水平方向に交互に配置されたＧｂラインＬ２とが形成されている。このＧｒラインＬ１とＧｂラインＬ２とが垂直方向に交互に配置されることによりベイヤー配列が構成される。

また、ＡＦエリアＥｆには、例えば上記通常画素の水平ライン６本毎にＡＦ画素１１ｆが水平方向に配列されたＡＦラインＬｆが形成されている。なお、ＡＦエリアＥｆ内には、例えば２０本程度のＡＦラインＬｆが設けられている。

ＡＦラインＬｆは、撮影光学系の射出瞳ＥＹを瞳分割して被写体光を受光する一対のＡＦ画素１１ａ，１１ｂを複数有している。具体的には、図８に示されるように、ＡＦラインＬｆには、撮影光学系の射出瞳ＥＹの右側部分（「右側の部分瞳領域」または単に「右瞳領域」とも称する）Ｑａからの光束Ｔａと左側部分（「左側の部分瞳領域」または単に「左瞳領域」とも称する）Ｑｂからの光束Ｔｂとを受光する一対のＡＦ画素１１ａ，１１ｂが水平方向に配列されている。なお、ここでは、図中＋Ｘ方向側を右側と、−Ｘ方向側を左側と表現している。

一対のＡＦ画素１１ａ，１１ｂのうち、一方のＡＦ画素(以下では「第１ＡＦ画素」とも称する)１１ａは、第１ＡＦ画素１１ａへの入射光を集光するマイクロレンズＭＬと、スリット（矩形）状の第１開口部ＯＰ１を有する第１遮光板（「第１遮光膜」とも称する）ＡＳ１と、当該第１遮光板ＡＳ１の下方に配置され、スリット（矩形）状の第２開口部ＯＰ２を有する第２遮光板（「第２遮光膜」とも称する）ＡＳ２と、光電変換部(「受光素子」または「フォトダイオード」とも称する)ＰＤとを備えている。

そして、第１ＡＦ画素１１ａにおける第１開口部ＯＰ１は、受光素子ＰＤの中心を通り光軸ＬＴに平行な中心軸ＣＬを基準（起点）にして特定方向（ここでは、右方向（＋Ｘ方向））に偏った位置に設けられている。また、第１ＡＦ画素１１ａにおける第２開口部ＯＰ２は、中心軸ＣＬを基準にして上記特定方向とは反対の方向（「反特定方向」とも称する）に偏った位置に設けられている。

また、一対のＡＦ画素１１ａ，１１ｂのうち、他方のＡＦ画素（以下では、「第２ＡＦ画素」とも称する）１１ｂは、スリット状の第１開口部ＯＰ１を有する第１遮光板ＡＳ１と、当該第１遮光板ＡＳ１の下方に配置され、スリット状の第２開口部ＯＰ２を有する第２遮光板ＡＳ２とを備えている。

そして、第２ＡＦ画素１１ｂにおける第１開口部ＯＰ１は、中心軸ＣＬを基準にして上記特定方向とは反対の方向（「反特定方向」とも称する）に偏った位置に設けられている。また、第２ＡＦ画素１１ｂにおける第２開口部ＯＰ２は、中心軸ＣＬを基準にして上記特定方向に偏った位置に設けられている。

すなわち、一対のＡＦ画素１１ａ，１１ｂでは、第１開口部ＯＰ１が互いに異なる方向に偏って配置される。また、第２開口部ＯＰ２は、ＡＦ画素１１ａ，１１ｂ内の対応する第１開口部ＯＰ１に対して異なる方向にずれて配置される。

上述のような構成を有する一対のＡＦ画素１１ａ，１１ｂでは、射出瞳ＥＹにおいて異なる領域（部分）を通過した被写体光についての測距信号が取得される。具体的には、射出瞳ＥＹの右瞳領域Ｑａを通過した光束Ｔａは、マイクロレンズＭＬおよび第１遮光板ＡＳ１の第１開口部ＯＰ１を通過し、さらに第２遮光板ＡＳ２によって制限（限定）された後、第１ＡＦ画素１１ａの受光素子ＰＤで受光される。そして、第１ＡＦ画素１１ａからは、右瞳領域Ｑａの光束Ｔａに関する測距信号が取得される。また、射出瞳ＥＹの左瞳領域Ｑｂを通過した光束Ｔｂは、マイクロレンズＭＬおよび第２遮光板ＡＳ２の第１開口部ＯＰ１を通過し、さらに第２遮光板ＡＳ２によって制限された後、第２ＡＦ画素１１ｂの受光素子ＰＤで受光される。そして、第２ＡＦ画素１１ｂからは、左瞳領域Ｑｂの光束Ｔｂに関する測距信号が取得される。

このように、一対のＡＦ画素１１ａ，１１ｂにおける各受光素子ＰＤでは、撮影光学系の射出瞳ＥＹにおける右側部分および左側部分(一対の部分瞳領域)Ｑａ，Ｑｂを通過した被写体光の光束Ｔａ，Ｔｂそれぞれが受光され、受光した光束Ｔａ，Ｔｂに応じた測距信号が各受光素子ＰＤによって生成される。

また、当該一対のＡＦ画素１１ａ，１１ｂにおいては、２枚の遮光板ＡＳ１，ＡＳ２を用いて、受光素子ＰＤで受光される被写体光（「受光光」とも称する）を調整して、受光光が通過した瞳領域の大きさ（範囲）が調整される。詳細は、後述する。なお、受光光は、受光素子ＰＤに到達する被写体光とも表現できることから「到達光」とも称される。

なお、ここでは、遮光板ＡＳ１，ＡＳ２が、開口部ＯＰ１，ＯＰ２を有している場合について説明しているが、遮光板ＡＳ１，ＡＳ２は、開口部ＯＰ１，ＯＰ２の代わりに光透過性を有する材料によって形成された透光領域を有していてもよい。開口部ＯＰ１，ＯＰ２および透光領域は、いずれも光を通過させるものであることから、これらは通過領域とも称される。

以下では、第１ＡＦ画素１１ａの画素出力を「Ａ系列の画素出力」と称し、第２ＡＦ画素１１ｂの画素出力を「Ｂ系列の画素出力」と称することとし、例えば、図７における１本のＡＦラインＬｆ１に配置されたＡＦ画素１１ｆの画素配列から得られるＡ系列の画素出力ＡＸとＢ系列の画素出力ＢＸとの関係を説明する。図９は、ＡＦラインＬｆ１の画素出力を示す図である。図１０は、画素出力のシフト量Ｓｆと合焦点からのずれ量（デフォーカス量）Ｄｆとを示す図である。

ＡＦラインＬｆ１では、射出瞳ＥＹのうち右瞳領域Ｑａを通過した光束Ｔａが第１ＡＦ画素１１ａで受光され、射出瞳ＥＹのうち左瞳領域Ｑｂを通過した光束Ｔｂが第２ＡＦ画素１１ｂで受光される。この場合、Ａ系列の画素ａ１〜ａ３を含むＡＦラインＬｆ１でのＡ系列の画素出力ＡＸは、例えば、図９のグラフＧＡ(実線で図示)のようになる。一方、Ｂ系列の画素ｂ１〜ｂ３を含むＡＦラインＬｆ１でのＢ系列の画素出力ＢＸは、例えば、図９のグラフＧＢ(破線で図示)のようになる。

図９に表されたグラフＧＡとグラフＧＢとを比較すると、Ａ系列の画素出力ＡＸとＢ系列の画素出力ＢＸとは、ＡＦラインＬｆ１のライン方向（換言すれば、ＡＦ画素１１ｆの交互配列方向）にずれ量(シフト量)Ｓｆだけ位相差が生じていることが分かる。

一方、上記のシフト量Ｓｆと、撮像素子１０１における撮像面１０１ｆの焦点面からのずれ量(デフォーカス量)Ｄｆとの関係は、図１０に示す１次関数のグラフＧＣで表される。このグラフＧＣの傾きは、工場試験等によって予め取得され、出荷時において予め全体制御部６２のＲＯＭ６２２に格納されている。

位相差ＡＦ演算回路７７では、撮像素子１０１のＡＦラインＬｆの出力に基づいてシフト量Ｓｆが算出され、当該シフト量Ｓｆと図１０のグラフＧＣとを用いてデフォーカス量Ｄｆが取得される。そして、算出されたデフォーカス量Ｄｆに相当する駆動量が、全体制御部６２およびレンズ制御部２６等を介してフォーカスレンズ２１１に与えられ、フォーカスレンズ２１１を合焦位置に移動させる位相差ＡＦが行われる。

このように、撮像装置１では、撮像素子１０１の受光面に組み込まれたＡＦ画素１１ｆからの画素出力を用いた位相差検出方式の焦点検出動作を実行することが可能である。

＜瞳領域の調整について＞
次に、本実施形態において行われる瞳領域の調整について詳述する。

上述のように、ＡＦ画素１１ｆでは、２枚の遮光板ＡＳ１，ＡＳ２を用いて、受光素子ＰＤで受光される被写体光（「受光光」とも称する）が調整され、受光光が通過する瞳領域の大きさ（範囲）が調整される。具体的には、ＡＦ画素１１ｆでは、２枚の遮光板ＡＳ１，ＡＳ２で受光光の一部を遮光（遮蔽）することによって、受光光が通過する瞳領域の大きさが小さくなるように制限される。このように瞳領域の大きさを小さくすることによれば、デフォーカス量Ｄｆが大きい場合でも、ＡＦ画素１１ｆの画素出力を用いた焦点検出を行うことが可能になる。

具体的には、図１１および図１２を参照して説明する。図１１は、撮像素子に到達する被写体光と射出瞳ＥＹとの関係を示す図である。図１２は、射出瞳ＥＹに含まれる瞳領域から出射された被写体光を示す図である。なお、図１３は、ＡＦモジュール１０７で取得される測距信号と瞳領域との関係を示す図である。また、図１１では、射出瞳ＥＹとの比較を容易にするため、射出瞳ＥＹの一部領域（部分領域ＥＰ）は、円形状で表されている。

図１１では、被写界における光軸ＬＴ上の一点ＬＰから出た光が、撮影光学系に入射した後、射出瞳ＥＹから出射され、焦点面ＦＰにおいて結像する様子が表されている。そして、図１１において焦点面ＦＰの前後には、ある大きさのぼけた円形の像が形成され、この円（「錯乱円」とも称する）が大きくなれば、像がぼやけることになる。また、図１１の撮像面１０１ｆには、撮像面１０１ｆから射出瞳ＥＹに向かって右側の右瞳領域Ｑａを通過した光束を受光可能なＡ系列のＡＦ画素２２Ａと、撮像面１０１ｆから射出瞳ＥＹに向かって左側の左瞳領域Ｑｂを通過した光束を受光可能なＢ系列のＡＦ画素２２Ｂとが配置されているものとする。なお、撮像面１０１ｆに配置されたＡ系列のＡＦ画素２２ＡおよびＢ系列のＡＦ画素２２Ｂは、受光光が通過した瞳領域の大きさを調整する機能を有していない。

上述のように、撮像素子１０１に組み込まれたＡＦ画素１１ｆを用いた焦点検出では、Ａ系列の画素出力ＡＸとＢ系列の画素出力ＢＸとを比較して画素出力のシフト量Ｓｆが算出され、デフォーカス量Ｄｆが取得される。しかし、撮像面（像面）１０１ｆにおける像のぼけ（ぼけの度合い）が大きくなると、互いの画素出力を比較してシフト量Ｓｆの算出を行うことが困難になる。

例えば、測距信号として利用可能な画素出力を得ることができる像のぼけの範囲を測距焦点深度ＳＤと称し、焦点面ＦＰ前後において生じる測距焦点深度ＳＤにおける最大の許容ぼけ（「最大許容ぼけ」とも称する）ＭＢを図１１の実線の両矢印ＭＹで表される量とする。この場合、射出瞳ＥＹの全領域を通過した光束に関する測距焦点深度ＳＤは、破線の両矢印ＳＹ１で表される範囲となる。図１１では、撮像面１０１ｆが、測距焦点深度ＳＤ外に存在する（測距焦点深度ＳＤに含まれない）ことから、撮像面１０１ｆには、最大許容ぼけＭＢよりも大きくぼけたぼけ像（「大ぼけ像」または「非許容ぼけ像」とも称する）が形成されることになる。

このとき、撮像面１０１ｆに存在するＡＦ画素２２Ａ，２２Ｂによって、当該大ぼけ像に基づいた測距信号が生成される。

より詳細には、第１ＡＦ画素２２Ａからは、右瞳領域Ｑａを通過した光束に関するＡ系列の画素出力ＡＸ１（図１１参照）が取得される。当該Ａ系列の画素出力ＡＸ１は、大ぼけ像に基づく出力であるため、各第１ＡＦ画素２２Ａ間の画素出力の差は小さくなり、ひいてはＡ系列の画素出力ＡＸ１は比較的均一なものになる。

また同様に、第２ＡＦ画素２２Ｂからは、左瞳領域Ｑｂを通過した光束に関するＢ系列の画素出力ＢＸ１（図１１）が取得されるが、当該Ｂ系列の画素出力ＢＸ１も、大ぼけ像に基づく出力であるため、各第２ＡＦ画素２２Ｂ間の画素出力の差が小さくなり、ひいてはＢ系列の画素出力ＢＸ１は比較的均一なものになる。

このように、撮像面１０１ｆに形成される像のぼけ度合いが大きくなると、ＡＦ画素２２Ａ，２２Ｂの画素出力ＡＸ１，ＢＸ１のコントラストは小さくなり、ぼけの度合いが最大許容ぼけＭＢを越えた場合は、Ａ系列の画素出力ＡＸ１とＢ系列の画素出力ＢＸ１とにおいて対応する画素出力の特定が困難になり、シフト量Ｓｆの算出が不可能となる。

ここで、例えば、瞳領域を射出瞳全域の大きさよりも小さく制限し、射出瞳ＥＹにおける部分領域ＥＰを通過した光束が撮像面１０１ｆに到達する場合を想定する。この場合、部分領域ＥＰを通過した光束に関する測距焦点深度ＳＤは、一点鎖線の両矢印ＳＹ２で表される範囲となり（図１１）、射出瞳ＥＹの全領域を通過した光束に関する測距焦点深度ＳＤ（両矢印ＳＹ１）よりも深く（大きく）なる。

このように、絞りの開口を小さく（絞り値を大きく）すると焦点深度が深くなる原理と同様に、撮像面１０１ｆへの到達光が通過した瞳領域の大きさが小さくなると、測距焦点深度ＳＤは深くなる。

図１１では、撮像面１０１ｆが、一点鎖線の両矢印ＳＹ２で表される測距焦点深度ＳＤ内に存在することから、撮像面１０１ｆには、最大許容ぼけＭＢよりも小さなぼけ像（「許容ぼけ像」とも称する）が形成されることになる。

このとき、撮像面１０１ｆに存在するＡＦ画素２２Ａ，２２Ｂによって、当該許容ぼけ像に基づいた測距信号が生成される。

より詳細には、第１ＡＦ画素２２Ａからは、右瞳領域Ｑａを通過した光束（図１１中、斜線ハッチングにより表された光束）に関するＡ系列の画素出力ＡＸ２（図１１参照）が取得される。当該Ａ系列の画素出力ＡＸ２は、許容ぼけ像に基づく出力であるため、各第１ＡＦ画素２２Ａ間の画素出力の差は大きくなる。

また同様に、第２ＡＦ画素２２Ｂからは、左瞳領域Ｑｂを通過した光束（図１１中、縦線ハッチングにより表された光束）に関するＢ系列の画素出力ＢＸ２が取得されるが、当該Ｂ系列の画素出力ＢＸ２も、許容ぼけ像に基づく出力であるため、各第２ＡＦ画素２２Ｂ間の画素出力の差は小さくなる。

このように、撮像面１０１ｆに形成される像のぼけ度合いが小さくなる（減少する）と、ＡＦ画素２２Ａ，２２Ｂの画素出力ＡＸ２，ＢＸ２のコントラストは大きくなる。そして、ぼけの度合いが最大許容ぼけＭＢよりも小さい場合は、Ａ系列の画素出力ＡＸ２とＢ系列の画素出力ＢＸ２とを比較して行う、画素出力のシフト量Ｓｆの算出が可能となる。

本実施形態の撮像装置１では、図１２に示されるように、瞳領域の大きさが小さく制限され、小さく制限された瞳領域（「制限瞳領域」とも称する）ＤＥ１，ＤＥ２から出射された被写体光が撮像面１０１ｆにおけるＡＦ画素１１ｆの受光素子ＰＤで受光される。これによれば、測距焦点深度ＳＤが深くなるので、撮像素子１０１の撮像面に形成される像のぼけが大きい場合、換言すれば、デフォーカス量Ｄｆが大きい場合でも、撮像素子１０１に組み込まれたＡＦ画素１１ｆを用いた焦点検出を有効に行うことができ、ＡＦ画素１１ｆを用いた焦点検出の実行可能性を向上させることが可能になる。

なお、図１３に示されるように、ＡＦモジュール１０７では、対となるラインセンサＬＮ１，ＬＮ２からの出力ＵＴ１，ＵＴ２を比較して、位相差検出信号が生成されるが、当該ラインセンサＬＮ１，ＬＮ２に導かれる被写体光は、ＡＦモジュール１０７内の専用光学系ＳＫにおいて、制限されている。具体的には、ＡＦモジュール１０７は、複数のレンズＬＺ１〜ＬＺ３および遮光マスクＭＫによって構成される専用光学系ＳＫを有し、射出瞳ＥＹからの光束は、専用光学系ＳＫにおいて制限され、ラインセンサＬＮ１，ＬＮ２に導かれる。これにより、ラインセンサＬＮ１，ＬＮ２では、小さな瞳領域から出射された被写体光が受光されることになり、比較的デフォーカス量Ｄｆが大きい場合でも、位相差検出信号を生成することが可能になる。

これに対して、撮像素子１０１に組み込まれたＡＦ画素１１ｆは、瞳領域を制限する専用光学系ＳＫを有していないため、次述するようにＡＦ画素１１ｆでは、ＡＦモジュール１０７とは別の手法によってＡＦ画素１１ｆの受光素子ＰＤへの到達光を出射する瞳領域の大きさが制限される。

＜瞳領域の調整手法について＞
次に、本実施形態における瞳領域の調整手法について説明する。図１４は、受光素子ＰＤによる被写体光の最大受光範囲ＧＲｍを示す図である。図１５は、第１遮光板ＡＳ１を設けたときの受光素子ＰＤによる被写体光の受光範囲ＧＲを示す図である。図１６は、第１ＡＦ画素１１ａの受光素子ＰＤによる被写体光の受光範囲ＧＲを示す図である。

なお、ここでは、簡単化のため、ＡＦ画素１１ｆの縦断面における二次元の位置関係に基づいて説明するとともに、マイクロレンズＭＬにおける光の屈折を考慮しないものとする。

本実施形態の撮像装置１では、ＡＦ画素１１ｆ内の２枚の遮光板ＡＳ１，ＡＳ２を用いて、ＡＦ画素１１ｆに入射する被写体光の一部を遮蔽することによって、瞳領域の大きさが小さく制限される。すなわち、本実施形態では、当該２枚の遮光板ＡＳ１，ＡＳ２が、受光素子への到達光を出射した瞳領域の大きさを所定のサイズに制限する瞳領域制限手段として機能する。なお、ここでは、当該瞳領域制限手段によって、瞳領域の大きさは、射出瞳全域の半分よりも小さいサイズに制限される。

以下では、瞳領域の大きさを小さく制限する２枚の遮光板ＡＳ１，ＡＳ２の配置位置について詳述する。

まず、図１４に示されるように、遮光板ＡＳ１，ＡＳ２がない場合、受光素子ＰＤによる被写体光の受光範囲ＧＲは最大となり、両矢印ＨＹｍで示される範囲となる（以下では、最大となる受光範囲ＧＲを「最大受光範囲ＧＲｍ」と称する）。具体的には、最大受光範囲ＧＲｍは、マイクロレンズＭＬの右縁部ＲＥおよびフォトダイオードＰＤの左端部ＬＨを通る直線（「第１規定線」とも称する）ＦＫ１と、マイクロレンズＭＬの左縁部ＬＥおよびフォトダイオードＰＤの右端部ＲＨを通る直線（「第２規定線」とも称する）ＦＫ２とによって規定される範囲となる。

そこで、この最大受光範囲ＧＲｍを狭めるために、ＡＦ画素１１ｆ（ここでは、第１ＡＦ画素１１ａ）においては、最大受光範囲ＧＲｍを規定する２つの規定線ＦＫ１，ＦＫ２の交点ＣＲ１を通り、受光素子ＰＤの受光面と平行な直線（「第１基準直線」とも称する）ＢＬ１よりも上方側（＋Ｚ方向側）の上方域ＵＲに第１遮光板ＡＳ１が配置される。

具体的には、図１５に示されるように、上記特定方向（＋Ｘ方向）に偏った第１開口部ＯＰ１を有する第１遮光板ＡＳ１が、上方域ＵＲに配置される。これにより、最大受光範囲ＧＲｍは狭められ、図１５中の両矢印ＨＹ１で示された範囲となる。より詳細には、第１遮光板ＡＳ１のうち右側の遮光部（右遮光部）ＲＳ１によって、第１規定線ＦＫ１が変更され、射出瞳ＥＹにおいて最大受光範囲ＧＲｍに対応する瞳領域（「対応瞳領域」とも称する）のうち、右側の領域が縮小される（小さく制限される）。また、第１遮光板ＡＳ１のうち左側（−Ｘ方向側）の遮光部（左遮光部）ＬＳ１によって、第２規定線ＦＫ２が変更され、射出瞳ＥＹにおける対応瞳領域のうち左側の領域が縮小される。

次に、第１遮光板ＡＳ１によって制限された受光範囲ＧＲを規定する２つの規定線ＦＫ１，ＦＫ２の交点ＣＲ２を通り、受光素子ＰＤの受光面と平行な第２基準直線ＢＬ２よりも下方側（−Ｚ方向側）の下方域ＤＲに第２遮光板ＡＳ２が配置される。

具体的には、図１６に示されるように、上記反特定方向（−Ｘ方向）に偏った第２開口部ＯＰ２を有する第２遮光板ＡＳ２が、下方域ＤＲに配置される。これにより、第１遮光板ＡＳ１によって制限された受光範囲ＧＲはさらに狭められ、図１６中の両矢印ＨＹ２で示された範囲となる。より詳細には、第２遮光板ＡＳ２のうち右遮光部ＲＳ２によって、第２規定線ＦＫ２が変更され、受光範囲ＧＲについての対応瞳領域のうち、左側の領域が縮小される。また、第２遮光板ＡＳ２のうち左遮光部ＬＳ２によって、第１規定線ＦＫ１が変更され、対応瞳領域のうち右側の領域が縮小される。

このように、ＡＦ画素１１ｆでは、２つの遮光板ＡＳ１，ＡＳ２によって各規定線ＦＫ１，ＦＫ２が変更され、受光範囲ＧＲが小さく制限される。なお、上記では、瞳領域の調整手法について第１ＡＦ画素１１ａを例にして説明したが、第２ＡＦ画素１１ｂにおいても２つの遮光板ＡＳ１，ＡＳ２によって各規定線ＦＫ１，ＦＫ２が変更され、受光範囲ＧＲが小さく制限される。

また、第１規定線ＦＫ１は、第１遮光板ＡＳ１の右遮光部ＲＳ１および第２遮光板ＡＳ２の左遮光部ＬＳ２によって変更されることから、ＡＦ画素１１ｆの受光素子ＰＤで受光される被写体光の部分瞳領域のうち右側の領域を制限するには、第１遮光板ＡＳ１の右遮光部ＲＳ１を−Ｘ方向に、或いは、第２遮光板ＡＳ２の左遮光部ＬＳ２を＋Ｘ方向に移動させればよいことがわかる。

同様に、第２規定線ＦＫ２は、第１遮光板ＡＳ１の左遮光部ＬＳ１および第２遮光板ＡＳ２の右遮光部ＲＳ２によって変更されることから、部分瞳領域のうち左側の領域を制限するには、第１遮光板ＡＳ１の左遮光部ＬＳ１を＋Ｘ方向に、或いは、第２遮光板ＡＳ２の右遮光部ＲＳ２を−Ｘ方向にそれぞれ移動させればよいことがわかる。

このように、２枚の遮光板ＡＳ１，ＡＳ２を用いてＡＦ画素１１ｆに入射する被写体光を制限することによれば、受光素子ＰＤへの到達光を出射した部分瞳領域を小さく制限できるので、測距焦点深度ＳＤを深くすることができる。測距焦点深度ＳＤを深くすることで、撮像素子１０１の撮像面１０１ｆに形成される像のぼけが大きい場合、すなわち、デフォーカス量Ｄｆが大きい場合でも、撮像素子１０１に組み込まれたＡＦ画素１１ｆを用いた焦点検出を有効に行うことが可能になる。なお、デフォーカス量Ｄｆが大きくなる場合としては、焦点検出動作を行う前において、フォーカスレンズ２１１が合焦位置から極端にずれている場合であり、例えば、小さいＦ値（例えば、Ｆ値１．４）の明るい交換レンズ２を装着しているときには、測距焦点深度ＳＤが浅くなるため、焦点検出動作を行う前のデフォーカス量Ｄｆが大きくなる可能性が高くなる。

また、共通のＡＦラインＬｆに属する各ＡＦ画素１１ａ，１１ｂにおいては、２枚の遮光板ＡＳ１，ＡＳ２それぞれの配置位置が調整され、共通の瞳領域を通過した光束に関する画素出力が得られるように設定される。例えば、図１２では、共通のＡＦラインＬｆに属する第１ＡＦ画素１１ａは、制限瞳領域ＤＥ１を通過した被写体光を受光するように設定され、共通のＡＦラインＬｆに属する第２ＡＦ画素１１ｂは、制限瞳領域ＤＥ２を通過した被写体光を受光するように設定される。

＜変形例＞
以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。

例えば、上記各実施形態においては、２枚の遮光板ＡＳ１，ＡＳ２を用いて部分瞳領域の大きさを制限していたが、これに限定されず、１枚の遮光板ＡＳ３を用いて部分瞳領域の大きさを制限してもよい。図１７は、変形例に係るＡＦ画素１１ｃを示す図である。

具体的には、図１７に示されるように、開口部ＯＰ３を有する遮光板ＡＳ３をフォトダイオードＰＤの受光面の直前に配置して、受光素子ＰＤによる被写体光の受光範囲ＧＲを制限してもよい。

なお、１枚の遮光板ＡＳ１を用いて瞳の制限を行う際は、遮光板ＡＳ３の開口ＯＰ３は、比較的狭く設定されるが、開口ＯＰ３を狭く設定しすぎた場合は、回折によって被写体光が受光素子ＰＤに到達しなくなる。このため、上記実施形態に示されるように、複数枚の遮光板ＡＳ１を組み合わせて行う方が、１枚の遮光板ＡＳ３を用いて行うより、瞳領域の調整は容易となる。

また、上記実施形態では、対となるＡＦ画素１１ａ，１１ｂにおいて遮光板ＡＳ１，ＡＳ２を鏡面対称となるように配置していたが（図８参照）、これに限定されない。図１８は、変形例に係る対となるＡＦ画素の縦断面図である。

具体的には、図１８に示されるように、対となるＡＦ画素１１ａ，１１ｂにおいて受光する瞳領域Ｑａ１，Ｑｂ１の大きさが互いに等しくなるように設定されれば、対となる画素において各遮光板ＡＳ１，ＡＳ２を鏡面対称に配置しなくてもよい。

本発明の実施形態に係る撮像装置の外観構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る撮像装置の外観構成を示す図である。 撮像装置の縦断面図である。 撮像装置の縦断面図である。 撮像装置の電気的な構成を示すブロック図である。 撮像素子の構成を説明するための図である。 撮像素子の構成を説明するための図である。 対となるＡＦ画素の縦断面図である。 ＡＦラインの画素出力を示す図である。 画素出力のシフト量とデフォーカス量とを示す図である。 撮像素子に到達する被写体光と射出瞳との関係を示す図である。 射出瞳に含まれる瞳領域から出射された被写体光を示す図である。 ＡＦモジュールで取得される測距信号と瞳領域との関係を示す図である。 受光素子による被写体光の最大受光範囲を示す図である。 第１遮光板を設けたときの受光素子による被写体光の受光範囲を示す図である。 第１ＡＦ画素の受光素子による被写体光の受光範囲を示す図である。 変形例に係るＡＦ画素を示す図である。 変形例に係る対となるＡＦ画素の縦断面図である。

符号の説明

１ 撮像装置
１０１ 撮像素子
１０１ｆ 撮像面
Ｅｆ ＡＦエリア
１１ｆ ＡＦ画素
１１ａ 第１ＡＦ画素
１１ｂ 第２ＡＦ画素
ＰＤ 受光素子
ＡＳ１ 第１遮光板
ＡＳ２ 第２遮光板
ＯＰ１ 第１開口部
ＯＰ２ 第２開口部
Ｑａ，Ｑａ１ 右瞳領域
Ｑｂ，Ｑｂ１ 左瞳領域
Ｄｆ デフォーカス量
ＥＰ 部分領域
ＥＹ 射出瞳
ＧＲ 受光範囲
ＧＲｍ 最大受光範囲
ＳＤ 測距焦点深度

Claims (6)

1. 瞳分割により射出瞳に形成される一対の領域を第１領域および第２領域とし、前記第１領域を通過した被写体光の第１光路が、前記第２領域を通過した被写体光の第２光路に対して前記第１領域側に存在する光軸方向における位置であってマイクロレンズおよび受光素子間における位置である第１位置において前記第１領域側を遮光し、前記第２領域側を透光する第１遮光層と、前記第１光路が前記第２光路に対して前記第２領域側に存在する光軸方向における位置であって前記第１遮光層および前記受光素子間における位置である第２位置において前記第２領域側を遮光し、前記第１領域側を透光する第２遮光層とを用いて前記瞳分割を行い、前記第２領域を通過した被写体光を受光する第１光電変換セルと、
   前記第１位置において前記第２領域側を遮光し、前記第１領域側を透光する第３遮光層と、前記第２位置において前記第１領域側を遮光し、前記第２領域側を透光する第４遮光層とを用いて前記瞳分割を行い、前記第１領域を通過した被写体光を受光する第２光電変換セルとを具備し、
   前記第１遮光層および前記第２遮光層により規定される前記第２領域の大きさは前記射出瞳全域の半分よりも小さいとともに、前記第３遮光層および前記第４遮光層により規定される前記第１領域の大きさは前記射出瞳全域の半分よりも小さい
   撮像素子。
2. 前記第１光電変換セルは、前記第１遮光層の前記第１領域側における遮光領域の透光領域側の縁の位置である第1縁位置と前記第２遮光層の前記第２領域側における遮光領域の透光領域側の縁の位置である第２縁位置との間の位置関係に基づいて前記第２領域における前記射出瞳の中心側の縁が設定され、
   前記第２光電変換セルは、前記第３遮光層の前記第２領域側における遮光領域の透光領域側の縁の位置である第３縁位置と前記第４遮光層の前記第１領域側における遮光領域側の縁の位置である第４縁位置との間の位置関係に基づいて前記第１領域における前記射出瞳の中心側の縁が設定される
   請求項１記載の撮像素子。
3. 前記第１光電変換セルは、前記射出瞳の前記第２領域側の半分の領域を前記第２領域に相当する領域と仮定した場合における前記第１縁位置に相当する位置よりも前記第２領域側にずれた位置が前記第１縁位置となる前記第１遮光層と、前記射出瞳の前記第２領域側の半分の領域を前記第２領域に相当する領域と仮定した場合における前記第２縁位置に相当する位置よりも前記第１領域側にずれた位置が前記第２縁位置となる前記第２遮光層とのうちの少なくとも１つを用いて前記瞳分割を行い、
   前記第２光電変換セルは、前記射出瞳の前記第１領域側の半分の領域を前記第１領域に相当する領域と仮定した場合における前記第３縁位置に相当する位置よりも前記第１領域側にずれた位置が前記第３縁位置となる前記第３遮光層と、前記射出瞳の前記第１領域側の半分の領域を前記第１領域に相当する領域と仮定した場合における前記第４縁位置に相当する位置よりも前記第２領域側にずれた位置が前記第４縁位置となる前記第４遮光層とのうちの少なくとも１つを用いて前記瞳分割を行う
   請求項２記載の撮像素子。
4. 前記第1縁位置の前記第２領域側へのずれ量と同じ量だけ前記第１領域側へずれた位置が前記第３縁位置となり、前記第２縁位置の前記第１領域側へのずれ量と同じ量だけ前記第２領域側へずれた位置が前記第４縁位置となる請求項３記載の撮像素子。
5. 前記第１光電変換セルは、前記第１遮光層の前記第２領域側における遮光領域の透光領域側の縁と前記第２遮光層の前記第１領域側における遮光領域の透光領域側の縁との間の位置関係に基づいて前記第２領域における前記射出瞳の縁側の縁が設定され、
   前記第２光電変換セルは、前記第３遮光層の前記第１領域側における遮光領域の透光領域側の縁と前記第４遮光層の前記第２領域側における遮光領域の透光領域側の縁との間の位置関係に基づいて前記第１領域における前記射出瞳の縁側の縁が設定される
   請求項２記載の撮像素子。
6. 瞳分割により射出瞳に形成される一対の領域を第１領域および第２領域とし、前記第１領域を通過した被写体光の第１光路が、前記第２領域を通過した被写体光の第２光路に対して前記第１領域側に存在する光軸方向における位置であってマイクロレンズおよび受光素子間における位置である第１位置において前記第１領域側を遮光し、前記第２領域側を透光する第１遮光層と、前記第１光路が前記第２光路に対して前記第２領域側に存在する光軸方向における位置であって前記第１遮光層および前記受光素子間における位置である第２位置において前記第２領域側を遮光し、前記第１領域側を透光する第２遮光層とを用いて前記瞳分割を行い、前記第２領域を通過した被写体光を受光する第１光電変換セルと、前記第１位置において前記第２領域側を遮光し、前記第１領域側を透光する第３遮光層と、前記第２位置において前記第１領域側を遮光し、前記第２領域側を透光する第４遮光層とを用いて前記瞳分割を行い、前記第１領域を通過した被写体光を受光する第２光電変換セルとを具備し、前記第１遮光層および前記第２遮光層により規定される前記第２領域の大きさは前記射出瞳全域の半分よりも小さいとともに、前記第３遮光層および前記第４遮光層により規定される前記第１領域の大きさは前記射出瞳全域の半分よりも小さい撮像素子と、
   前記第１光電変換セルおよび前記第２光電変換セルのそれぞれが生成した信号に基づいて焦点検出を行う焦点検出部と、
   を具備する撮像装置。

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